Способ мониторирования генератора быстрых нейтронов и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01V5/04 

31698868

Изобретение относится к области

ядерно-физических методов исследований, проводимых с портативными управляемыми источниками быстрых нейтронов, и может быть использовано в геологии, геофизике, горной промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Целью изобретения является повышение точности измерений путем учета выхода генератора нейтронов.

На фиг.1 представлен спектр бета- излучения, возникающий при распаде активированных ядер материала-индикатора, зарегистрированный детектором YgSiOg + РЗЭ, сочлененным с фотоэлектронным умножителем посредством световолоконной оптики; на фиг.2 - блок-схема устройства, реализующего способ мониторирования выхода импульсного генератора нейтронов.

Способ заключается в регистрации расположенным в непосредственной бли зости от источника нейтронов И МэВ детектором ионизирующих излучений потока частиц, определений изменения выхода потока нейтронов по изменению скорости счета детектора ионизи- рующих излучений, например, кристал- лом + РЗЭ (РЗЭ -1 редкоземель- |Ные элементы), причем дополнительно осуществляют регистрацию бета-излучения, возникающего в результате распада активированных быстрыми нейтро- нами генератора высокобарных.коротко живущих, например изотопы В

11

Иб

Be9 ил

ядер элементов материала-индикатора, окружающего детектор, а для исключения влияния тепловых нейтронов детектор и материалтиндикатор экранируют слоем вещества с высоким сечением поглощения тепловых нейтронов, например кадмием , передачу света с детектора на фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) осуществляют посредством светопроводящего кабеля, спектр бета- излучения, представляющий собой с высокой степенью достоверности экспоненту, стабилизируют изменением высокого напряжения на фотоэлектронном умножителе таким образом, чтобы от- I ношение скоростей счета в двух энергетических областях спектра оставалось постоянным, при этом интегральная скорость счета с детектора бета- .излучения прямо пропорциональна выхо- ду генератора нейтронов.

0

5

0

5

0

5

0

5

Реализация предлагаемого способа мониторирования выхода импульсного генератора нейтронов осуществляется устройством, представленным -на фиг. 2.

Устройство содержит детектор 1 ионизирующих (3)-излучений, световод 2, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ),3, усилитель k импульсов, од- ноканальные анализаторы 5 и 6 импульсов, RS-триггер 7, логический элемент 2ИЛИ-НЕ 8,. логический элемент 2И 9, реверсивный n-разрядный счетчик 10, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 11, управляемый высоковольтный источник 12 питания ФЭУ, регистратор 13 выхода нейтронов, кадмиевый экран , материал-индикатор 15, генератор 16 быстрых нейтронов.

Детектор 1, окруженный материалом-индикатором 15, через световод 2 оптически соединен с фотокатодом : ФЭУ 3, выход ФЭУ 3 через усилитель k импульсов подан на входы однока- нальных анализаторов 5 и 6 импульсов, выход первого одноканального анализатора импульсов соединен с R-входом RS-триггера 7 и первым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ 8, выход второго одноканального анализатора импульсов соединен с S-входом RS-триггера 7 и вторым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ 8, выход RS-триггера 7 подан на вход прямого обратного счета n-разрядного реверсивного счетчика, счетные выходы которого подключены к соответствующим входам ЦАП 11, а инверсный выход Перенос соединен с первым входом логического элемента 2И 9, второй вход которого связан с инверсным выходом логического элемента 2ИЛИ- НЕ 8, выход логического элемента 2И 9 подан на вход стробирования реверсивного n-разрядного счетчика 10 и вход регистратора 13 выхода нейтронов, выход ЦАП 11 подключен к входу управляемого высоковольтного источника 12 питания, выход последнего подключен на вход питания ФЭУ 3, генератор 16 с детектором 1 защищены кадмиевым экраном И.

Устройство работает следующим образом.

В первоначальный момент времени реверсивный n-разрядный счетчик 10 находится в сброшенном состоянии, на его счетных выходах присутствуют

уровни О. Вследствие этого на выходе ЦАП 11 присутствует нулевой потенциал. Управляемый высоковольтный источник 12 питания фотоэлектронного умножителя 12 работает так, что при нулевом потенциале на его входе напряжение на его выходе максимально и плавно уменьшается при повышении входного напряжения. Таким образом в начальный момент коэффициент усиления ФЭУ 3 максимальный. Этому буде соответствовать большая скорость счёта во втором энергетическом окне, задаваемом одноканальным анализатором импульсов 6, чем в первом, задаваемом одноканальным анализатором 5 импульсов. Таким образом реверсивный n-разрядный счетчик 10 начинает считать в прямом направлении, в резуль- тате чего поднимается напряжение.на выходе АЦП 11, что, в свою очередь, приводит к понижению высокого напряжения на ФЭУ 3. Это будет происходит до тех пор, пока скорости счета в .обоих энергетических окнах не сравняются -J} -спектр застабилизируется. В дальнейшем при изменении энергетической шкалы скорость счета с соответствующего одноканального анализатора 5 или 6 увеличивается по отношению к скорости счета с другого одноканального анализатора 6 или 5. В зависимости от того, с какого одноканального анализатора пришел импульс, RS-триггер 7 устанавливается в прямое или инверсное состояние, в результате чего к содержимому реверсивного n-разрядного счетчика 1 единица или прибавляется, или вычитается. Изменение кода, в свою очередь, после работы ЦАП 11 и управляемого высоковольтного источника 12 питания приводит к изменению коэффициента усиления ФЭУ 3. Логический элемент,2И 9 служит для блокировки работы реверсивного п-разрядного счетчика 10 при возможных в режиме установления стабилизации случаях возникновения сигнала Перенос. Суммарная скорость счета в обоих.энергетических окнах, пропорциональная интегральному счету и выходу нейтронов генератора 16, в процессе работы устройства регистрируется регистратором 13. При необходимости эту информацию можно по кабелю вывести на поверхность. Небольшой размер детек- тооа, порядка 1 2 2 мм, поз оляет

5

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

расположить его внутри материала-индикатора, выполненного, например, в виде пустотелого цилиндра. При этом общие габаритные размеры монитора (детектор + материал-индикатор) делают возможным размещение монитора в непосредственной близости от источника быстрых нейтронов. Например, при использовании в качестве излучателя трубки НТ-16 в скважинных приборах диаметром 8 мм монитор (детектор + + материал-индикатор) можно расположить между ускорительной трубкой и охранным кожухом ск важинного прибора. При этом достигается малая, порядка 10-15 мм, длина зонда, т.е. расстояние между источником и детектором позволяет в генераторе быстрых нейт ронов с выходом 2 10 н/с получить с детектора скорость счета в несколько тысяч имп./с. Учитывая, вследствие небольших размеров относительно невысокой плотности и 2ЭФ малую эффективность регистрации детектором + РЗЭ гамма-излучения, экранировку от мягкого гамма-излучения детектора экраном материала-индикатора, можно считать фон от гамма- излучения пренебрежительно малым.

Использование световода позволяет отнести ФЭУ и электронные схемы на достаточное расстояние и исклю- чить электромагнитные помехи, сопровождающие работу генератора нейтронов.

Сплошной спектр,бета-излучения, невысокое энергетическое разрешение детектора, потери при передаче света через световод - все это приводит к тому, что регистрируемый спектр представляет собой с большой степенью достоверности экспоненту. Если два одноканальных анализатора импульсов будут настроены так, что скорость счета в первом и втором энергетических окнах будет одинакова, то отношение в скоростях счета этих окон, в первоначальный момент равное единице, будет зависеть только от энергетической шкалы и не будет зависеть от интенсивности излучения. Так как скорость счета в энергетическом окне выражается

fft -oiE S j AldE,

EI

где Еч и Е - верхний и нижний уровни дискриминации одноканальных анализаторов;

А и оЈ - постоянные, характеризующие форму кривой, то смещение энергетической шкалы в ту или иную сторону, например из-за изменения температуры, вызовет одинаковые по знаку (положительные или отрицательные) , но разные по абсолютному значению приращения к скоростям счета в энергетических окнах, вследствие чего отношение скоростей счета в этих энергетических окнах соответственно уменьшатся или увеличатся. В то же время изменение интенсивности излучения при равных в первоначальных момент скоростях счета в энергетических окнах дает одинаковые приращения к скоростям счета как по знаку, так и по абсолютным значениям

Таким образом, регистрируя бета- излучение, возникающее при радиоактивном распаде ядер материала- индикатора, благодаря стабилизированной энергетической шкале, возможно относительное измерение выхода потока нейтронов. В зависимости от предъявляемых требований и используемой методики каротажа величину, пропорциональную выходу нейтронов и записанную регистратором, после сравнения с некоторым опорным значением можно подавать на вход управления блока питания ускорительной трубки, как это сделано, например, в прототипе, или же в аналоговом или цифровом виде передавать на поверхность для дальнейшей интерпретации, что не меняет сущности. Активируемое нейтронами вещество может быть бором или бериллием.

Логические элементы 2ИЛИ-НЕ, 2И, RS-триггер, реверсивный п-разрядный счетчик реализуются на микросхемах серии К561: ЛЕ5, ЛА7, ТВ1 , ЙЕН, соответственно ЦАП 11 может быть представлен включенными традиционным способом микросхемами К572ПА1 и KTtO УЦ8. Регистратор 13 может быть выполнен на информационном канале любой скважичной аппаратуры радиоактивного каротажа интегрального типа.

Данный способ мониторирования выхода генератора быстрых нейтронов и устройство для его реализации позволяют мониторировать выход нейтронов малогабаритных генераторов без увеличения длины зондов, например зонда НГК, и с большей точностью.

Ф

ормула изобретения

0

5

0

5

0

5

0

5

1.Способ мониторирования генератора быстрых нейтронов, заключающийся в регистрации детектором ионизирующих излучений потока частиц, определении изменения выхода потока нейтронов по изменению скорости счета детектора ионизирующих излучений, отличающийся тем, что,

с целью повышения точности измерений путем учета выхода генератора нейтронов, регистрируют стабилизированный спектр |3-излучения , возникающего при радиоактивном распаде ядер материала-индикатора, активированных быстрыми нейтронами генератора нейтронов, для чего отношение скоростей счета в двух энергетических областях спектра ft-излучения поддерживают постоянным.

2.Устройство для мониторирования генератора быстрых нейтронов, содержащее генератор нейтронов, детектор ионизирующих излучений, усилитель импульсов, управляемый источник питания и регистратор выхода нейтронов, о т- личающееся тем, что оно дополнительно снабжено материалом- индикатором, экраном световодом, фотоэлектронным умножителем, двумя од- ноканальными анализаторами импульсов, RS-триггером, реверсивным п-разряд- ным счетчиком, цифроаналоговым преобразователем, логическим элементом 2ИЛИ-НЕ, логическим элементом 2И,

при этом оптический выход детектора через световод связан с фотокатодом фотоэлектронного умножителя, выход которого через усилитель импульсов подключен к выходам первого и второго одноканальных анализаторов импульсов, выход первого из которых соединен с R-входом RS-триггерЗ и первым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ, выход второго одноканального анализатора импульсов соединен с S-входом RS- триггера и вторым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ, выход RS-триггера подключен на вход прямого-обратного счета n-разрядного реверсивного счетчика, счетные выходы которого подключены к соответствующим входам цифроаналогового преобразователя, а инверсный выход соединен с первым

входом логического элемента 2И,второй вход которого связан с инверсным выходом логического элемента 2ИЛИ-НЕ, выход логического элемента 2И подключен на вход стробирования реверсивного n-разрядного счетчика и вход регистратора выхода нейтронов, выход цифроаналогового преобразователя подсоединен к входу управляемого источника питания, связанного выходом с входом питания фотоэлектронного умножителя, причем детектор ионизирующих излучений представляет собой сцинтилляционный кристалл, размещенный внутри материала-индикатора и экрана.

Изобретение относится к ядерно- физическим методам исследований, проводимых с портативными управляемыми источниками быстрых нейтронов, и может быть использовано в геологии, геофизике, горной промышленности и других отраслях народного хозяйства. Применение изобретения позволяет повысить точность ядерных измерений путем учета выхода генератора нейтронов. Способ основан на регистрации потока частиц детектором ионизирующих излучений, расположенным в непосредственной близости от источника нейтронов 14 МэВ, определении изменения выхода потока нейтронов по изменению скорости счета сцинтилляци- о нного детектора бета-излучения, например, кристалла + РЗ.Э (РЗЭ - редкоземельные элементы), причем дополнительно осуществляют регистрацию бета-излучения, возникающего в результате распада активированных быстрыми нейтронами генератора высоко- барных короткоживущих ядер материала-индикатора, окружающего детектор. Генератор с расположенным внутри детектором экранирован слоем вещества с высоким сечением захвата тепловых нейтронов, например кадмием, а детектор дополнительно экранирован для защиты от внешнего мягкого гамма и бета-излучения, а передача света с детектора на фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) осуществлена посредством светопроводящего кабеля. Спектр бета- излучения, представляющий собой с §ы- сокой степенью достоверности экспоненту, стабилизирован путем сравнения скоростей счета в двух энергетических областях и соответствующим изменением коэффициента усиления ФЭУ, при этом интегральная скорость счета с детектора бета-излучения прямо пропорциональна выходу генератора нейтронов. В. устройство введены активируемый быстрыми нейтронами генератора материал-индикатор и экран тепловых нейтронов, световоло- конный кабель, фотоэлектронный умножитель, два одноканальных анализатора импульсов, RS-триггер, реверсивный n-разрядный счетчик, цифроанало- говый преобразователь, логический элемент 2ИЛИ-НЕ, логический элемен/ 2И, регистратор выхода нейтронов, причем детектор ионизирующих излучений представляет собой сцинтилляци- .онный кристалл, например, Y2SiO + + РЗЭ (РЗЭ - редкоземельные элементы) , заключенный в материал-индикатор. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. а SS

Ц(отн.еУ.)

Ejt(M3S)